[发明专利]回收水解产物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种与纸浆生产相关的糖类生产方法。具体地说，本发 明涉及一种对于经济上可行的下游操作而言充分浓缩的预水解产物的回 收。

背景技术

通常，糖类可以通过多糖和寡糖的水解由木质纤维素天然材料生产。 除了仅剩下木质素残渣的总水解法之外，已经开发了一种结合水解和纤维 素纸浆蒸煮的方法，称作预水解制浆。主要强调的是纸浆，这反映了商业 动机。在现有技术的方法中，半纤维素水解为水解产物，并且木质素通过 蒸煮法溶解以释放纤维素纤维。生产的纸浆具有高含量的α纤维素并且可 以用作例如溶解纸浆。

从历史的角度看，有两种方法用于生产具有高含量α纤维素的特殊纸 浆：广为推广的酸性亚硫酸氢盐蒸煮和预水解-硫酸盐(牛皮浆)蒸煮。前者 是在20世纪初开发的且后者是在二十世纪三十年代开发的，参见例如 Rydholm，S.E.，制浆工艺(Pulping Processes)，p649-672，Interscience Publisher，纽约，1968。两种方法的基本思想都是从纤维素纤维中除去尽 量多的半纤维素，并且进行去木质素作用以获得高含量的α纤维素。这是 必需的因为这类纸浆的各种最终用途，例如溶解纸浆，均不能耐受具有无 规接枝的分子结构的短链半纤维素分子。牛皮纸预水解制浆方法在例如加 拿大专利申请1,173,602(Arhippainen等)和美国专利5,589,033(Tikka和 Kovasin)、5,676,795(Wizani等)和4,436,586(Elmore)中公开。

在传统的亚硫酸盐方法中，半纤维素的除去发生在蒸煮过程中，同 时有木质素的溶解。蒸煮条件是高酸性的并且温度从约140℃到150℃变 化，由此加重水解。然而，结果总是与去木质素作用的折衷。没有获得高 含量的α纤维素。另一个缺点是纤维素聚合度的降低和产量的损失，其也 限制了水解的可能性。在美国专利5,139,617(Tikka和Virkola)中公开了蒽 醌-中性亚硫酸盐制浆方法。已经提出各种改进，例如蒸煮条件的更改和 甚至在预水解步骤后进行碱性亚硫酸盐蒸煮阶段。

在预水解中释放的水解糖类的利用已被忽视，并且没有报道基于水 解材料的商业化生产，尽管这种选择在例如上述专利中提及。在目前的工 业实践中，在纸浆厂的能量和化学品回收工艺的回收锅炉中，将水解产物 中和、与废蒸煮液结合、蒸发并且燃烧。

进一步调查忽视糖类物质的任何其他合理用途的原因，揭露出实际 问题：预水解法的步骤大多实际上是在蒸汽相中进行，向蒸煮器中的木屑 柱引入直接蒸汽。由于物质和能量的平衡，产生非常少(如果产生的话)的 液体水解产物相，因为全部冷凝物都捕集在木质材料的孔中。在预水解和 蒸煮步骤之间在蒸煮器中使用洗涤液的单独洗涤阶段需要时间，降低了产 量，对能量平衡非常不利并且会产生非常稀的糖类溶液，该溶液在任何合 理的使用前均需要进一步昂贵的蒸发处理。另一个可能的方法是在液相中 进行预水解步骤。在这种情况下，同样地，大量的液体和产生的低浓度糖 类妨碍了任何合理的生产经济的发展。结果，缺乏充分的糖类去除方法已 经排除了对该天然来源的可再生原材料的利用。

在美国专利申请2005/0065336中，公开了一种制浆方法，其包括对 木屑进行机械处理，并使用无机酸处理对得到的物质进行预水解并且之后 汽蒸。据报道在逆流洗涤后，α纤维素和半纤维素均有良好的产量。该方 法需要进一步粉碎木屑和用于水解和分离操作的特殊工艺设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理木质纤维素材料的改进方法，该 方法包括预水解-传质过程，其在自身水解所需的时间内产生浓缩的水解 产物量。本文中的“水解产物”是指含有来自木质纤维素材料的水解产物 的液相。在该低体积的水解产物已从仍然热的蒸煮器中排出后，可通过本 领域中已知的中和-蒸煮方法继续该过程。根据本发明，该改进的方法包 括(1)通过直接蒸汽将蒸煮器和木屑内容物加热至所需的水解温度，(2)向 木屑床的顶部启动热的、储存水解产物的物流以形成水解产物的滴流床型 向下物流(下文中称为滴流)，(3)收集向下滴流的水解产物的第一馏分作为 产品馏分，(4)添加提取液并且继续滴流以收集第二水解产物馏分，该第 二水解产物馏分将会(5)从蒸煮器排入热水解产物储罐中以用作下一批次 的第一滴流液。